Düzgün dairesel hareket

Düzgün dairesel hareket, sabit bir kuvvetin etkisinde, bir çember üzerinde süratin değişmediği harekettir.

Periyot ve frekans
Periyot
Düzgün dairesel harekette bir tam dolanım için geçen süredir. ile gösterilir. Birimi saniyedir.

Frekans
Düzgün dairesel hareket yapan cismin bir saniyedeki dolanım sayısıdır. ile gösterilir. Birimi Hertz dir.

Periyot ve frekans arasında, bağıntısı vardır.

Hız
Çember üzerinde dolanan bir cisim, Şekil 1 deki gibi kadar yol alırken yarıçap vektörü aynı anda açısı kadar bir açı tarar. Bu nedenle dairesel hareketlerde; biri çizgisel, diğeri açısal olmak üzere iki çeşit hız tanımlanır.

Çizgisel hız
Şekil 1 deki gibi düzgün dairesel hareket yapan bir cismin, daire yayı üzerinde birim zamanda aldığı yola çizgisel hız denir.
Çizgisel hız vektörü ( ) daire yayına tam teğet olup, yarıçap vektörüne diktir.

Düzgün doğrusal harekette;
(veya ) idi. Cisim dairenin tüm çevresini dolanırsa, kadar yol alır ve bu esnada bir periyot kadar zaman geçer.

Bu nedenle çizgisel hız ifadesi;

şeklinde bulunur. Çizgisel hızın birimi metre / saniye dir.

Açısal hız
Cismi merkeze bağlayan yarıçap vektörünün, birim zamanda radyan cinsinden taradığı açıya açısal hız denir, ω ile gösterilir. Birimi rad/s dir.

Dairesel hareket yapan bir cismi merkeze bağlayan yarıçap vektörü bir tam devir yaptığında, radyan açı tarar ve bu esnada bir periyot kadar zaman geçer. O hâlde açısal hız;

olur.

Çizgisel hız ile açısal hız arasındaki bağıntı ise;

olmak üzere

olur.

İvme ve kuvvet
Merkezcil ivme
Dairesel bir yörüngede sabit süratle dönen bir cismin, eşit zaman aralıklarıyla çizilmiş hız vektörleri Şekil 3 teki gibi olur. Bu hız vektörlerinin büyüklükleri eşit, yönleri ise farklıdır.

Hız vektörlerinin başlangıç noktaları ortak bir noktada toplanırsa ardışık hız değişim vektörlerinin eşit büyüklükte, fakat farklı yönlerde olduğu görülür süresindeki hız değişim vektörü ise, ortalama ivme vektörü;

olur.

Ani ivme vektörleri, hız vektörlerine diktir.

Düzgün dairesel hareket yapan bir cisim, yarıçaplı çember üzerinde bir devir yaptığında, hız vektörü de tam bir devir yaparak başlangıçtaki yönüne gelir. Diğer bir deyişle, hız vektörünün ucu, yarıçaplı bir dairenin çevresini zamanda döner. Hızdaki değişim; olduğundan;

olur. Çizgisel hızın değeri ivme bağıntısında yerine yazılırsa;

veya

bulunur.

Dairesel harekette bu ivmeye merkezcil ivme denir.


Buradaki işareti vektörüyle ivme vektörünün aynı doğrultuda ve ters yönlü olduğunu gösterir (Şekil 4).

Merkezcil kuvvet
Her ivme, kendi yönünde bir net kuvvet tarafından oluşturulur. Düzgün dairesel harekette de cisme ivme kazandıran kuvvet dinamiğin temel prensibi olan dan;

Bu kuvvetin yönü, ivme ile aynı yönlü olup yörüngenin merkezine doğrudur. Bu kuvvete merkezcil kuvvet denir. Kuvvetin büyüklüğü, hızı ile yarıçapına bağlı olarak;

şeklinde de yazılabilir.

Merkezkaç kuvveti
Dairesel harekette merkezkaç kuvveti adı verilen bir kuvvet daha vardır. Newton yasalarının geçerli olduğu bir referans sisteminde böyle bir kuvvet yoktur. Bu kuvvetin çıkma sebebi gözlemcinin sistemde Newton yasalarını uygulayabilmek için varsaydığı eylemsizlik kuvvetidir (Şekil 5).

Düzgün dairesel hareketin uygulamaları
Eğimli viraj
Yatay viraj